376期2023年08月號
出版日期:2023/08/15
封面故事 Features
從勞力密集到智慧製造的機械創新
整理/編輯部
臺灣工業從早期勞力密集型的傳統產業轉向機械製造,從機械產業的根基工具機,到工具機的大腦控制器,甚至是現在智慧製造所需的機器人、機器手臂,工研院一直為提升臺灣產業的國際競爭力而奮鬥不懈。
臺灣工業在政府推動與重視下,從早期勞力密集型產業逐漸轉向機械製造,工研院便扮演推手的角色。1977年,為提升國內製造量能,工研院率先建立示範工廠,並與美國布朗夏普公司簽訂技術合作合約,引進精密銑床技術,為臺灣工具機發展奠下重要里程碑;1983年,工研院與高明精機工業合作開發龍門型綜合加工機,使高明精機從傳統旋臂鉆床成功轉型為電腦數值控制(CNC)工具機製造廠商,之後再推出可程式邏輯控制器和放電加工機電腦數值控制器等技術,提升產線效率。
助工具機業者突破歐美壟斷局面
協助產業升級的腳步從不停歇的工研院,為突破工具機控制器長年由歐日壟斷的局面,進而著手開發國產控制器,同時也將線切割放電加工控制技術移轉給國內業者,協助建立放電加工新產業,成功讓臺灣線切割機業者產量躍升至全球第三。
為持續強化工具機自製技術能力,工研院更從整機關鍵模組著手升級產業技術,並於1994年完成國內首組馬達內藏式高速主軸,帶動高速主軸應用風潮,持續在兩軸、三軸至五軸工具機的發展路上前進。2010年,完成並發表國產五軸控制器中心點控制(TCP)功能,在智慧工具機時代來臨後,工研院更展現深耕多年的技術實力,2015年將「五軸精微插補控制技術」技轉予廠商,讓五軸控制器取得成本降低50%以上,同年再開發高階雙主軸雙刀塔車銑複合控制器,透過高階控制器技術的開發,將國產工具機業者整機的產品品質提升至A+等級;2017年協助整合工業機器人控制模組,建立高階智動化五軸加工系統控制解決方案,建構出全球第一套Robot inside高階智動化五軸加工控制系統與設備;2020年以國產全數位龍門五軸控制器,導入國內航太加工業者進行航太機翼組件量產加工。
推動新技術產業化輸向國際
多年來,工研院以跨領域智慧機械能量,推動新技術產業化,力助工具機產業穩定輸出國際,隨著科技的迅速發展,製造業的需求也逐漸轉向工業機器人,憑藉著視覺辨識、技能學習和故障預測等先進技術,成為製造業發展的重要元素。工研院研發的「RGB-D AI機器人」,是全球第一台將3D視覺感測與智慧取物做為標準配置的MIT協作型機器人,並獲得了2022年美國CES創新獎肯定。
RGB-D AI機器人具備優秀的視覺感測器,體積比其他品牌縮小168倍,感測速度提升38.6倍,在材質反光的重建更提高了2.1倍,使原先耗時8小時的調校時間,縮短到15分鐘內完成。此外,目前全球各產線的工業型機器人無法「眼到心到」,廠商欲更換產線、升級機器人功能時,工程師要花1至2週時間重新導入光學參數,才能讓感測器分辨清楚,而RGB-D AI機器人能自動標記成千上萬張訓練資料,在12小時內快速學習最佳取物策略,自動生成高品質的訓練標記資料,即使面對全新的物品樣式,也能快速做出穩定的取物決策,無需重新教導,成為智慧製造的一大助力。
讓水五金擺脫難題轉向智慧生產
此外,臺灣約有300家的水五金廠商,每年產值約新臺幣600億元,供應全球50%以上的水龍頭,然而水龍頭是外型最複雜,且最難磨的水五金,較難導入自動化設備,但工研院開發的CPS研磨拋光機器人即解決了難題。工研院在2016年與和成欣業攜手開發國產化CPS研磨拋光智慧機器人解決方案、成功提升水龍頭研磨的覆蓋率達90%。接著又耗時2年開發第二代CPS研磨拋光機器人,增加了「線上編程軟體」、「機器人視覺」、「複合型研磨拋光設備硬體」等3項創新專利技術,不僅縮短研磨路徑的調整時間,更只需1小時調機,並有效提高水龍頭產能達15%。
近期,工研院持續以AI軟體技術克服製程瓶頸,進一步開發第三代的研磨拋光機器人「機器人史密斯(RobotSmith)」,提供整體軟硬解決方案,以自有軟體EzSim完成機器人模擬及路徑參數最佳化,搭載感測器實踐製程品質要求,並透過專利設備定位技術實現虛實整合,使機器人得以精細的力量控制,模仿工匠手藝細微調整,讓表面處理工作能有如工匠製作工藝般細緻,目前已技轉給國內自動化廠商,並應用於水五金、廚具、醫材人工關節等拋光研磨,至今已跨足九種產業,協助輔導臺灣產業數位轉型。
隨著科技快速發展,機械設備不斷升級和更新,無論是工具機或智慧機械,工研院皆以研發實力幫助臺灣產業更具國際競爭力,提高生產效率和品質,帶來更多創新力與競爭力。
下載全文PDF